Sistema de Monitoramento Meteorológico Remoto - SIM
Sensoriamento Remoto
Sistema por meio do qual se obtêm
informações a respeito dos recursos
naturais renováveis ou não do planeta Terra,
pela utilização de sensores colocados em
aviões, satélites ou até mesmo na sfc.
Sistema de Monitoramento Meteorológico Remoto - SIM
Conceitos Básicos para o Uso do
Sensoriamento
• O que é Radiação
Energia que se propaga sem necessidade de um meio
material. O termo Radiação - processo de transferência
desse tipo de energia.
• Quem emite Radiação
Todo corpo emite radiação na forma de onda
eletromagnética. É a energia emitida em forma de onda
por todo corpo que não esteja na temperatura de zero
absoluto, devido à movimentação dos átomos,
produzindo-se campos elétricos e magnéticos em
conjunto (transversais).
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Conceitos Básicos para o Uso do
Sensoriamento
• Forma de transmissão da Radiação
Ondas eletromagnéticas propagam-se com
velocidade aproximada de 300.000 Km/s e nao
necessitam de um meio de propagacao. Isto e’,
propagam-se ate mesmo no vacuo.
• Espectro Eletromagnético
E’ o conjunto de todas as radiacoes, desde os
raios gama ate as ondas de radio, ordenados
em funcao do comprimento de onda e da
frequencia.
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Espectro Eletromagnético
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Espectro Eletromagnético
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Conceitos Básicos para o Uso do
Sensoriamento
• Leis da Radiação
Lei de Planck, Wien, Stefan-Boltzmann e Kirchoff.
SIM
Sensoriamento Remoto da
Atmosfera
Interação da Radiação com
a Atmosfera
Atmosfera terrestre
SIM
• Indispensável à vida em virtude dos gases que contém e
por ser o filtro protetor de radiações solares com alto poder
de penetração, como a radiação ultravioleta, os raios X etc.
• 0,001 % do total da massa do planeta Terra; é constituída
por uma mistura gasosa, por vapor de água e aerossóis.
• apresenta espessura variável, podendo chegar a mais de
1.000 km de altitude. Apesar dessa extensa camada, a
massa total dos gases que a compõem concentra-se nos
primeiros 10 km de altitude.
• estrutura vertical estratificada em zonas, designadas pelo
sufixo sfera, separadas por camadas identificadas pelo
sufixo pausa.
• A separação entre as zonas e camadas não é nítida, assim
como a exata espessura de cada uma dessas divisões.
Atmosfera terrestre
SIM
Troposfera
SIM
• Camada que está em contato com a superfície terrestre, cuja
espessura varia em função da latitude. Na linha do equador a
troposfera atinge cerca de 15 a 18 km e, nos pólos, cerca de 2 a 8
km de altura.
• Contém aproximadamente 80% da massa total da atmosfera e é a
camada de ar mais influenciada pelas transferências de energias
que ocorrem na superfície do globo.
•
É nesta camada que ocorrem os fenômenos meteorológicos,
como chuva, vento, nuvens, neblina, granizo, neve etc.
• Nesta região, a temperatura diminui com o aumento da altitude,
na razão de 6 °C para cada 1.000 metros. O calor na troposfera
provém tanto do interior do planeta quanto da energia solar
absorvida pelo ar.
• Esta camada é limitada na parte superior pela tropopausa, cuja
principal função é servir de "armadilha de frio" para as moléculas
de água, impedindo que elas escapem para as camadas
superiores.
Estratosfera
SIM
• Estende-se, a partir do final da tropopausa, podendo atingir uma
altura aproximada de até 30 km a partir da superfície terrestre .
• Nesta região, a quantidade de oxigênio é bem pequena e não
existe umidade.
•
Ao contrário da troposfera, a temperatura sobe à medida que
aumenta a altitude. Assim, enquanto em sua parte inferior a
temperatura é aproximadamente de -40°C, na sua parte mais alta,
ela atinge -2°C.
• O aumento da temperatura é conseqüência da absorção da
radiação ultravioleta pelo ozônio (03), que constitui cerca de 1%
do ar atmosférico.
• A camada que limita a estratosfera e a mesosfera é denominada
estratopausa.
Mesosfera
SIM
• Inicia-se logo após a estratopausa e pode atingir até 80 km acima
da superfície terrestre.
• É uma região rica em ozônio. Na mesosfera, a temperatura
continua a aumentar até cerca de 10°C, a uma altitude de mais ou
menos 50 km, em relação à superfície da Terra. No topo da
camada, a temperatura decresce de forma acentuada, chegando
a -90°C.
• A composição dos gases na mesosfera é mais ou menos
constante e constituída de 78% de nitrogênio e 21 % de oxigênio,
predominando no restante dos gases (1 %) o dióxido de carbono,
vapor d’água e argônio.
Ionosfera
• Região da atmosfera superior da Terra,
aproximadamente até 600 km de altitude .
SIM
estendendo-se
• A ionosfera é um refletor eficiente de ondas de rádio, na faixa
espectral que vai das ondas curtas até as longas, permitindo que
as comunicações sejam feitas a grande distância ao redor da
superfície terrestre. Todavia, a ionosfera não reflete ondas de
rádio de alta freqüência (inclusive televisão), razão pela qual a
transmissão de comunicações por estas ondas se faz por satélite.
Exosfera
SIM
• Zona mais externa da atmosfera, podendo chegar a 1.000 km ou
mais de altura em relação à superfície da Terra.
• Na exosfera predomina o hidrogênio (o gás mais leve que se
conhece), sendo por isso também, denominada camada
hidrogenada.
• Nesta região, as temperaturas variam de 2.000 °C, durante o dia,
a -300 °C, durante a noite.
Interação da Radiação Solar com aSIM
Atmosfera Terrestre
• O fluxo total de energia solar no topo da atmosfera é de
aproximadamente 1.400 Wm2, o que equivale a 2,0 cal cm-2min-1 .
• Quando a radiação solar penetra na atmosfera terrestre, sofre
atenuações causadas por reflexão, espalhamento e absorção
pelos constituintes atmosféricos, por partículas e nuvens.
• A radiação global que chega na superfície terrestre é fortemente
atenuada, equivalendo a 47% do total presente no topo da
atmosfera.
• Dos 53% de perda da radiação global, 37% voltam para o espaço
sideral, sendo 26% refletidos pelas nuvens e 11 % pela dispersão
das partículas que se encontram na atmosfera. Os 16% restantes
são absorvidos por gases e pelo vapor d’água
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Conceitos Básicos para o Uso do
Sensoriamento
• Espectro Solar e Terrestre
RS
RT
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Espectros de Irradiação Solar
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Conceitos Básicos para o Uso do
Sensoriamento
• Interação da Radiação com a atmosfera e
a superficie
Absorção
Espalhamento
Reflexão
Transmição
Absorção
SIM
• O espalhamento e reflexão simplesmente
mudam a direção da radiação. Já a
absorção da radiação é convertida em
calor. Quando a molécula absorve a
radiação esta energia é transformada em
movimento molecular interno, detectável
como:
Aumento de temperatura
Absorção da Radiação
SIM
•
fotoionização→ Raio x e ultravioleta (O3 e O2)
•
Agitação molecular→ Região do infravermelho (vapor, CO2,
N2O)
Janela Atmosférica
Região do espectro eletromagnético onde a radiação não é
absorvida (transparência)
Absortividade
SIM
Espalhamento
SIM
• Responsável:
» Cor azul e avermelhada do Céu;
» Claridade antes e depois do por sol;
» Céu esbranquiçado num dia chuvoso ou de nevoeiro.
• Rayleigh – Onde o raio das moléculas e
aerossóis é bem menor que o comprimento de
onda da radiação espalhada.
• Mie – Onde o raio das móleculas e aerossóis se
aproximam ou excedem até 8 vezes o
comprimento de onda.
• Ótica Geométrica – Onde o raio das partículas
excedem 8 vezes o comprimento de onda.
SIM
Comparação dos Espalhamentos
As cores do Céu
SIM
As cores do Céu
SIM
Espalhamento Rayleight
SIM
1
E  4
λ≈0,425 – Azul + Energético – 5,5 X mais espalhada
λ≈0,405 – Violeta
λ≈0,625 – Vermelho – Especialmente visível em
dia de pequenas partículas de poeira ou fumaça.
Espalhamento Mie
SIM
• Diâmetro das partículas na atmosfera são
do mesmo tamanhos ou maiores, até 8
vezes, o comprimento de onda da
radiação.
É o caso das gotículas de água e cristais de
gelo e a maior parte dos aerossóis,
espalham a luz do sol independente do
comprimento de onda deixando o céu
esbranquiçado.
Reflexão
SIM
• Ocorre na interface entre dois meios
distintos, quando parte da radiação
que atinge a interface é enviada de
volta. Nesta interface o ângulo de
incidência é igual ao de reflexão.
Caso especial de espalhamento.
Reflexão (Albedo)
SIM
• A fração da radiação incidente na atmosfera que
retorna para o espaço é chamado de albedo.
Cada superfície tem um albedo próprio. O
albedo planetário é da ordem de 30%.
• Este albedo varia no espaço e no tempo os
topos das nuvens são importantes refletores na
atmosfera, eles dependem da espessura
variando de menos de 40% para nuvens finas a
80% em nuvens espessas + 5000m.
SIM
Radiação que chega à sfc
terrestre
•
•
•
•
Radiação→sfc é opaca→(ou
reflete-ou absorve)
Albedo – Relação entre a
radiação recebida e refletida.
Albedo→ fração da rad.
visível refletida pela
superfície.
Neve, nuvens espessas têm
albedo elevado apresentam
muito brilho visto do espaço.
A maioria das superfícies têm
valores de albedo conhecido.
Atenuação da Radiação
SIM
•
Absorção→ Rad. Transformada em outro tipo de energia
(geralmente calor).
•
Espalhamento→ Rad. desviada, sem perda de energia.
(Processo Seletivo-natureza, dimensão e concentração das
partículas.(azul do céu). Reflexão é um tipo de
espalhamento.
•
A radiação visível pode ser absorvida-transmitida-refletida
por móleculas, aerossóis, cristais de gelo e gotículas. Estas
partículas podem também espalhar a luz e decompô-la em
várias em várias cores. (o comprimento de onda azul
predomina)
•
A radiação IR pode ser absorvida-transmitida-refletidaespalhada.
Transmissividade
•
•
•
SIM
Habilidade da atmosfera de deixar a radiação atravessá-la. Depende dos
componentes atmosféricos e varia conforme o comprimento de onda.
Vapor d’água, CO2 e O3 absorvem em faixas específicas e permitem que
outras passem.
Evita-se sensores que operem fora das janelas.
Janelas atmosféricas